基于分数阶导数的金属橡胶动态特性建模

金属橡胶材料具有非线性和黏弹性的动态特性.本研究用三次非线性函数描述其非线性特性,用分数阶三元模型描述其黏弹性,即分别用经典三元模型与分数阶三元模型,结合金属橡胶动态试验数据进行模型参数识别,发现分数阶三元模型能更准确地描述金属橡胶黏弹性力.不同振幅下金属橡胶迟滞曲线的拟合结果表明,分数阶模型可以较好地拟合不同工况条件...     

高粘沥青胶浆动态剪切流变特性

针对探索不同类型的高粘沥青胶浆动态剪切流变特性,有利于完善多孔沥青混合料配合比设计。分析材料组成、粉胶比、温度等对高粘沥青胶浆动态剪切流变特性的影响,结果表明,沥青粘度高、矿粉比表面积大,形成的高粘沥青胶浆相位角相对较小,抗车辙因子较大;与矿粉类型相比,沥青性质对胶浆抗车辙因子影响显著,对改善胶浆抗高温变形能力起主导作用;粉胶比增大,抗车辙因子随之增大,并随温度变化呈幂函数关系变化趋势。提高改性沥青粘度或增大矿粉比表面积,均可有效降低高粘沥青胶浆抗车辙因子的温度敏感性,改善高粘沥青胶浆高温抗变形性能。     

基于分数阶导数的苹果果柱蠕变特性研究

为了给果品减损包装设计提供理论依据,降低果品在运输过程中的损耗,研究了果品的蠕变特性。以水晶红富士为实验材料,基于分数阶导数理论,建立了苹果果柱蠕变的分数导数Kelvin模型。结果表明,分数导数Kelvin模型只需要很少的参数,就能够在较长加载历程中表征苹果果柱的蠕变现象。     

基于分数阶导数的磁流变弹性体参数模型

磁流变弹性体宏观力学行为是基体粘弹性和磁致模量变化的综合反映,建立能够准确模拟其力学特性的参数模型是设计磁流变弹性体装置所必需的。因此,该文利用建立粘弹性材料参数模型的VFD(粘弹性分数阶导数)元件及弹簧元件与表述磁致效应的非线性弹簧元件,建立了磁流变弹性体的磁致粘弹性参数模型,分析了频率、磁场强度和分数阶数对该模型动态性能的影响,结果表明该模型能够反映磁流变弹性体磁致效应对其力学性能的影响,且该模型仅需少量参数就能在较宽频率范围内更好地模拟真实的试验性能。     

黏土蠕变非线性特性及其分数阶导数蠕变模型

针对黏土蠕变的非线性性质,以成都黏土为研究对象展开蠕变试验,发现黏土变形包括瞬时弹性变形、衰减蠕变变形、稳态蠕变变形和加速蠕变变形;黏土长期弹性模量随时间和应力的增加非线性软化;黏滞系数随应力的增加非线性软化,随时间的增加非线性硬化。基于流变学理论、分数阶微积分理论和Harris衰减函数,分别构建了分数阶导数元件、非线性弹性元件和非线性黏滞元件,从而建立了形式简单、参数较少和概念清晰的非线性分数阶导数蠕变模型。将非线性分数阶导数蠕变模型和Burgers蠕变模型进行对比拟合分析,发现非线性分数阶导数蠕变模型各阶段的拟合结果更好,对黏土非线性蠕变的描述更合理,可准确地反映黏土蠕变全过程,表明了所建立非线性分数阶导数蠕变模型的科学合理性。     

粘弹性分数阶导数模型的有限元法

本文给出了粘弹性分数阶导数模型的有限元格式,并用模态分析的方法进行了运动方程解耦。用Laplace变换及其反变换,解析地计算了解耦后单自由度系统的时域和频域响应。时域响应被分为极点部分和截断部分,它们分别代表短期内的衰减振动和长时间内的缓慢恢复效应。以一维杆件为例,对有限元算法和解析解做了对比,分析了响应精度与单元个数的关系。结果表明用有限元法计算的位移接近解析解,而要得到准确的高频加速度响应,则需要划分许多单元格。     

植物茎秆纤维结构及其沥青胶浆流变特性

本研究将棉秸秆、玉米秸秆、废竹、蔗渣制备出植物纤维。采用相关分析和试验评价各植物纤维沥青胶浆的物化特性。结果表明：在微米级结构层面上,棉秸秆纤维、玉米秸秆纤维和蔗渣纤维呈现出空腔管状结构,竹纤维、木质素纤维为实心结构;各纤维的化学成分存在差异,且影响其热解速率。掺入纤维后,沥青胶浆高温稳定性改善明显,在初始试验温度下各纤维沥青胶浆车辙因子提升了23.8%～75.7%,弹性恢复率提高了9.4%～18.5%。掺加纤维后,沥青胶浆低温抗裂性能略有下降,但植物纤维类型对其影响并不显著。     

分数阶惯容悬架动态特性研究

采用分数阶微分理论描述液力式惯容器的力学特性,建立分数阶惯容悬架系统动力学模型。采用拉普拉斯变换方法研究分数阶惯容悬架系统在简谐激励下的动态响应,分析系统结构参数对悬架动态特性的影响规律,并结合数值解验证解析解的精确性。研究分数阶惯容悬架系统在随机路面激励下的动态特性,并与整数阶惯容悬架系统进行对比。结果表明相较整数阶惯容悬架系统,运用分数阶惯容悬架系统能进一步减小车身振动,提高系统动态特性。研究为将分数阶微分运用于惯容悬架系统提供理论指导。     

分数阶导数线性流变固体模型及其应用

采用Koeller 弹壶元件替代标准线性固体模型中的Newton黏壶, 得到分数阶导数线性流变固体模型, 给出了表征模型动态黏弹特性的存储模量、损耗模量和损耗因子以及表征模型静态黏弹特性的蠕变柔量和松弛模量。采用分数阶导数线性流变固体模型、标准线性固体模型和五参量固体模型对聚丙烯材料应力松弛特性进行分析。讨论了Mittag-Leffler函数的求和截断误差。结果表明分数阶导数线性流变固体模型能更准确描述聚丙烯材料的应力松弛行为。     

基于分数阶导数的黏弹性悬架减振模型及其数值方法

为了准确掌握黏弹性悬架的动态响应,针对传统整数阶减振模型的不足,引入分数阶导数原理,构建了黏弹性材料FKV本构模型,建立了考虑几何参数的黏弹性悬架分数阶减振模型,利用Grumwald-Letnikov定义将模型中分数阶导数离散化,并转化为状态方程形式,依据矩阵函数理论推导出模型的数值解。以某型安装黏弹性悬架的履带车辆参数为例,分别建立了悬架的动态接触有限元模型和分数阶减振模型,获得了在翻越障碍工况下两种模型响应的对比解。结果表明:分数阶减振模型体现了黏弹性悬架响应具有全局相关性和记忆性,且历史作用渐近加强;黏弹性悬架有较好的缓冲减振性能;分数阶减振模型解与有限元方法计算结果有较好的一致性。旨为下一步的实车试验和实际应用提供理论参考。     

一类含有分数阶导数的参数激励振动问题

研究了一类具有分数阶导数阻尼的参数激励振动问题。对含有由Riemann-Liouville定义的分数阶导数的Mathieu振动方程构造渐近解。利用多重尺度法,在激励参数取不同值的情况下,求得渐近解,得到分数阶指数对解的影响。     

水泥-沥青胶凝材料动态力学行为的初步研究

研究了不同沥青含量（A/C）的水泥-沥青复合胶凝材料7d龄期的动态黏弹性力学行为。选择3种温度环境（？25℃、25℃和75℃）,采用动态黏弹谱仪测试了3种不同A/C的水泥-沥青胶凝材料（简称为CAB）在频率范围0.1Hz~100Hz的动态力学性能,获得了不同温度下储存模量、损耗模量及损耗角随加载频率变化的基本规律。基于...     

泡沫温拌沥青胶浆的流变特性及微观机制分析

为了全面探究泡沫温拌沥青(以下简称泡沫沥青)胶浆的流变特性,分别针对不同粉胶比的泡沫沥青胶浆进行温度和频率两种扫描模式下的动态剪切流变(DSR)和弯曲梁流变(BBR)试验,分析了粉胶比对泡沫沥青胶浆高、低温性能的影响,利用van Gurp Palmen(vGP)图分析了泡沫沥青胶浆时温等效原理的有效性,基于此建立了泡沫沥青胶浆在频率扫描模式下的主曲线,并运用此主曲线分析了其在较宽的温度和频域下的流变特性。此外,通过扫描电子显微镜(SEM)的微观结构识别和差示扫描量热(DSC)的热特性测试分析了泡沫沥青胶浆的微观机制。结果表明:矿粉的添加对泡沫沥青的高、低温性能均有显著影响,随着粉胶比的增大,泡沫沥青胶浆的高温性能逐渐增强,低温性能逐渐降低;泡沫沥青胶浆适用于时温等效原理,在较宽的温度域及频率域内,泡沫沥青胶浆较基质沥青胶浆具有更优的高温性能。此外,泡沫沥青胶浆与基质沥青胶浆的低温等级温度基本一致;泡沫沥青胶浆中矿粉的分散性优于基质沥青胶浆中矿粉的分散性,且泡沫沥青胶浆中含有更多的微孔洞;基质沥青较泡沫沥青具有更好的热稳定性,但在相同的粉胶比下,泡沫沥青胶浆较基质沥青胶浆具有更好的热稳定性;粉胶比不大于1.0时,泡沫沥青胶浆较基质沥青胶浆具有更高的玻璃化转变温度。综合流变特性及微观机制分析得到泡沫沥青胶浆的粉胶比不宜大于1.0。     

基于细观力学的沥青混合料动态模量预测

为了建立能够表征组分材料性能及细观结构特征的沥青混合料动态模量预测模型, 根据复合材料细观力学理论, 将沥青混合料视为由沥青胶浆包裹的集料颗粒嵌入于有效沥青混合料介质中的复合材料, 考虑集料尺寸、级配组成和空隙的影响, 建立了沥青混合料动态模量三相细观力学预测模型。结合组分材料性能研究, 应用该预测模型求解得到了动态模量, 其与试验值比较结果表明, 预测值较试验值小, 产生此差异的原因可归结为模型的适用条件与真实细观结构的差别;据此对预测模型进行了修正, 提出了考虑沥青膜厚度的动态模量细观力学分析方法;鉴于集料与沥青胶浆之间的力学特性差异, 简化了预测模型求解参数, 给出了参数值的范围。     

基于关联性的玄武岩纤维沥青胶浆及其混合料性能研究

为全面提升玄武岩纤维沥青混合料性能,研究了纤维类型及玄武岩纤维长度、掺量等因素对沥青胶浆抗裂性能、抗剪性能及流变特性的影响规律;基于纤维胶浆与纤维沥青混合料性能的关联性分析,揭示了玄武岩纤维对沥青混合料性能的细观增强机制。结果表明:玄武岩纤维对沥青胶浆的抗裂性能及流变特性影响显著,其极限拉力和车辙因子分别达到原沥青胶浆的4.5倍及1.08倍;纤维沥青胶浆高温流变特性与其沥青混合料高温稳定性变化规律存在差异,而前者抗裂性能与后者低温抗裂性能关联性较强;玄武岩纤维与沥青胶结料、集料之间形成三维网状结构,有利于抑制裂缝扩展。     

采用粘弹性分数导数模型的橡胶隔振器动态特性的建模及应用

橡胶隔振器的动态特性与激振振幅及激振频率相关。给出一个可以表征橡胶隔振器动态特性与激振振幅及激振频率相关性的模型,其中,用摩擦力模型表征其动态特性与振幅的相关性,用分数导数粘弹性模型表征其动态特性与频率的相关性。计算分析了所建立的模型与目前广泛采用的两种描述橡胶隔振器动态特性模型(基于Maxwell的模型和粘性阻尼模型)在表征其与激振振幅及激振频率的相关性;使用分数导数和Kelvin-Voigt模型时,计算分析了一个含有橡胶隔振器的单自由度振动系统的自由振动和阶跃激励的时域响应。计算结果表明:采用分数导数模型能更加准确地描述橡胶隔振器的动态特性,建立的模型可以用于含有橡胶隔振器的振动系统的动态特性分析。     

含分数阶导数项的随机Duffing振子的稳态响应分析

本文对一个含有分数阶导数项阻尼的、Gaussian白噪声激励下的Duffing振子进行了稳态响应分析。首先,基于能量平衡理论,运用等效线性化方法,计算等效系统的线性阻尼及自然频率,建立统计意义下的等效线性化系统。然后,利用平均法建立随机Ito方程,得到随机响应的Markovian近似;给出描述振子振幅概率密度函数演化的Fokker-Planck方程,并得到它的稳态解。进一步,对于含有响应振幅的等效线性系统,借助由Laplace变换得到的转换函数,得到原系统的条件功率谱密度,结合振幅的稳态概率密度作为权重函数,给出原系统功率谱密度的估计,以及响应的统计量的估计。数值模拟的结果说明所提出的功率谱密度的近似解析表达式是可靠的,它甚至适用于Duffing振子具有强非线性回复力的情形,因为它可以较好的表现出功率谱密度共振频谱加宽及多峰现象的出现。     

高聚物应变胶及其力学特性

一、前言应变胶(Strain Gage Adhesives,或SGA)是精细化工中发展迅速、用途广泛、具有特殊力学性能的一类胶粘剂。随着仪器仪表、传感器、电子称重、应变电测、实验力学和航空宇航等现代技术的发展,应变胶的作用愈加重要。应变胶粘系统能极大地影响力传感器的精度、稳定性甚至使用寿命。在传感器制造中,应变胶广义地说应分为应变计基底胶(Base);粘贴或安装应变计的胶粘剂(SGA);提高应变计安装稳定性、免受侵蚀和破坏的保护涂层(Protective Coatings)以及底胶等部分。前两部分对性能影响最大。这4种功能可以一种     

填料对橡胶沥青胶浆高低温性能的影响

为研究填料对橡胶沥青胶浆高低温性能的影响,选取矿粉和水泥作为填料,制备不同粉胶比(矿粉为0.25,0.4,0.6和0.8;水泥为0.4,0.6)的橡胶沥青胶浆。通过蠕变恢复实验和弯曲梁流变实验对橡胶沥青胶浆的高温性能和低温性能进行研究。结果表明,随着粉胶比的增加,矿粉和水泥均能使橡胶沥青胶浆的高温性能得到提高,并且矿粉比水泥的改善效果好;随着粉胶比的增加,矿粉橡胶沥青胶浆和水泥橡胶沥青胶浆的低温性能均逐渐降低,在低温-12和-18℃时,矿粉使橡胶沥青胶浆的低温性能降幅更大。为了均衡橡胶沥青胶浆的高低温性能,矿粉橡胶沥青胶浆的最佳粉胶比范围宜为0.4~0.6。